CN111882889B - 一种智能交通信号控制系统及方法 - Google Patents

一种智能交通信号控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种智能交通信号控制系统和方法，该智能交通信号控制系统包括：采集模块，用于采集交通路口的图像信息；整合模块，与所述采集模块连接，用于整合所述图像信息；数据处理模块，与所述整合模块连接，用于对整合后的图像信息进行分析和处理，获取各交通路口的车流量；控制模块，与所述数据处理模块连接，根据所述车流量对相应的交通信号灯进行控制及切换。本发明通过智能交通信号控制，能够充分利用现有的道路资源，可有效缓解交通压力。

Description

一种智能交通信号控制系统及方法
技术领域
本发明涉及交通领域，特别是涉及一种智能交通信号控制系统及方法。
背景技术
IT(Internet Technology，互联网技术)的发展，给我们带来了微信、支付宝、淘宝等等，已经深刻的影响了我们的生活，IOT(The Internet of Things，物联网)的发展必将更进一步的影响到我们的生活。
智能交通即是IOT的典型应用，集IT、DT(Data Technology，数据处理技术)为一体，物物互联，集视频感知技术、信号控制技术、大数据分析技术，通过智能交通信号控制，可以提高路口的通行效率，减少平均车辆路口怠速时间，继而减少尾气排放，降低汽车油耗，提高人民群众的幸福指数。
目前，十字路口的交通灯控制均采用各方向等时间通行的控制方法，这样的控制方法，没有考虑十字路口本身的实时路况，容易出现在一个方向遇车流高峰期时，该方向车满为患但依旧是红灯，而另一个方向无车辆通行却依旧是绿灯的情况，造成资源分配不合理，引起不必要的交通拥堵。
因此，如何设计一种降低车辆行驶延误、提高路口的通行效率的智能交通信号控制系统和方法，成为本领域当前要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种智能交通信号控制系统及方法，通过智能交通信号控制，在未饱和交通条件下，降低车辆行驶延误，减少红灯停车次数，缩短车辆在路网内的行驶时间，提高路网的整体通行效率；在饱和交通条件下，使交通流有序行进、分流车辆、缓解堵塞。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种智能交通信号控制系统，包括：
采集模块，用于采集交通路口的图像信息；
整合模块，与所述采集模块连接，用于整合所述图像信息；
数据处理模块，与所述整合模块连接，用于对整合后的图像信息进行分析和处理，获取各交通路口的车流量；
控制模块，与所述数据处理模块连接，根据所述车流量对相应的交通信号灯进行控制及切换。
可选的，所述采集模块包括若干个高清摄像机。
可选的，所述整合模块包括具有若干个端口的交换机。
可选的，所述数据处理模块采用光流法、三帧差分法和背景差分法对整合后的图像信息进行分析和处理，获取各交通路口的车流量。
可选的，所述数据处理模块还包括：
阈值设定模块，用于设定每个方向的最短交通时间参数和最长交通时间参数；
比较模块，与所述阈值设定模块连接，用于比较当前车道的车流量与该车道最短交通时间参数内的平均车流量的大小。
可选的，根据所述车流量对相应的交通信号灯进行控制及切换具体包括：
若所述当前车道的车流量大于或等于所述该车道最短交通时间参数内的平均车流量，确定交通状态处于高峰状态，则将当前车道所对应的交通信号灯切换成绿色；
若所述当前车道的车流量连续3次以上小于所述该车道最短交通时间参数内的平均车流量，确定交通状态处于低谷状态，则将当前车道所对应的交通信号灯切换成红色；
若当前车道的交通状态持续处于高峰状态，并且计时大于所述最长交通时间参数，则将当前车道所对应的交通信号灯切换成红色。
一种智能交通信号控制系统实现的智能交通信号控制方法，包括以下步骤：
获取交通路口的图像信息；
对所述图像信息进行整合；
对整合后的图像信息进行分析和处理，获取各交通路口的车流量；
根据所述车流量对相应的交通信号灯进行控制及切换。
可选的，采用光流法、三帧差分法和背景差分法对整合后的图像信息进行分析和处理，获取各交通路口的车流量。
可选的，设定每个方向的最短交通时间参数和最长交通时间参数；
比较当前车道的车流量与该车道最短交通时间参数内的平均车流量的大小。
可选的，根据所述车流量对相应的交通信号灯进行控制及切换具体包括：
若所述当前车道的车流量大于或等于所述该车道最短交通时间参数内的平均车流量，确定交通状态处于高峰状态，则将当前车道所对应的交通信号灯切换成绿色；
若所述当前车道的车流量连续3次以上小于所述该车道最短交通时间参数内的平均车流量，确定交通状态处于低谷状态，则将当前车道所对应的交通信号灯切换成红色；
若当前车道的交通状态持续处于高峰状态，并且计时大于所述最长交通时间参数，则将当前车道所对应的交通信号灯切换成红色。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
(1)本发明提出的一种智能交通信号控制系统及方法根据车流量自动控制红绿灯，使每个路口的通行效率最大，车辆平均怠速时间最短，可以充分利用现有的道路资源，有效缓解交通压力，而且具有节能减排的作用。
(2)通过对采集到图像信息进行分析和处理，不仅可以对闯红灯、不系安全带、违法变道等提供处罚依据，优化交通秩序；也可以为刑事案件提供一手资料；还可以为防汛、城管、气象、地震、应急等部门提供丰富的资料。同时根据车辆信息还能够产生大数据。
(3)可以远程控制智能交通信号控制系统，为消防车、急救车、公务车辆提供绿色通道，既不扰民，又不影响公务。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的智能交通信号控制系统的结构示意图
图2为本发明实施例提供的智能交通信号控制方法的流程图
图3为本发明实施例提供的某路口由南向北交通状态的数字模型图
图4为本发明实施例提供的交城各路口各时段车流量信息
符号说明：1、第一摄像机；2、第二摄像机；3、第三摄像机；4、第四摄像机；5、第一交通信号；6、第二交通信号灯；7、第三交通信号灯；8、第四交通信号灯；9、交换机；10、智能控制器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种智能交通信号控制系统及方法，利用市民出行心理，如果遇到绿灯，会抓紧时间通行，此时系统检测到没有车辆通行，会及时切换红灯；如果各个方向车辆都非常拥堵，系统会对采集到的图像信息进行分析处理，以确定每方向最大连续通行时间，强行中断某方向的通行，疏导其他方向通行。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
如图1所示，本发明实施例提供的智能交通信号控制系统包括：
采集模块，用于采集交通路口的图像信息，所述采集模块包括第一摄像机1、第二摄像机2、第三摄像机3和第四摄像机4；
整合模块，与所述采集模块连接，用于整合所述图像信息，所述整合模块包括具有若干个端口的交换机9；
智能控制器10，与所述整合模块连接，用于对整合后的图像信息进行分析和处理，获取各交通路口的车流量；具体的，所述智能控制器10采用光流法、三帧差分法和背景差分法对整合后的图像信息进行分析和处理，获取各交通路口的车流量；所述智能控制器10还包括：
阈值设定模块，用于设定每个方向的最短交通时间参数和最长交通时间参数；
比较模块，与所述阈值设定模块连接，用于比较当前车道的车流量与该车道最短交通时间参数内的平均车流量的大小；
所述智能控制器10，根据所述车流量对相应的交通信号灯进行控制及切换，具体包括：
若所述当前车道的车流量大于或等于所述该车道最短交通时间参数内的平均车流量，确定交通状态处于高峰状态，则将当前车道所对应的交通信号灯切换成绿色；
若所述当前车道的车流量连续3次以上小于所述该车道最短交通时间参数内的平均车流量，确定交通状态处于低谷状态，则将当前车道所对应的交通信号灯切换成红色；
若当前车道的交通状态持续处于高峰状态，并且计时大于所述最长交通时间参数，则将当前车道所对应的交通信号灯切换成红色
所述交通信号灯包括第一交通信号灯5、第二交通信号灯6、第三交通信号灯7和第四交通信号灯8。
通过该智能交通信号控制系统，可以降低车辆行驶延误，减少红灯停车次数，缩短车辆在路网内的行驶时间，提高路网的整体通行效率；若遇到车流高峰期可以有效缓解交通压力，同时还具有节能减排的作用。
智能交通信号控制系统，除极个别受最大时长限制外，都能保证每辆车一次通过信号灯。在这一前提下，以交城县龙山大街新开路口为例，原有交通信号灯设置南北直行左转分别是30秒，东西直行左转分别是45、40秒。采用智能交通信号控制系统以后，在凌晨5点到24点期间，相位转换的频率由原来的3600*19/(2*30+45+40)＝472次提升到626次，因此，可以推定平均每辆车怠速节约时长为(2*30+45+40-3600*19/626)/4＝9，即9秒。
互联网表明，各种车辆平均怠速的油耗是每小时0.8升，90#汽油单价为6.5元/升，根据交城县2019年5月21日9个路口采集的车辆数据估算如下表1：
表1车辆数据表
Figure GDA0002646178310000051
Figure GDA0002646178310000061
交城县这9个路口，每天节约2313元的油耗，同时减少相应的尾气排放，每年可以节约844245元。
交城各路口各时段车流量信息如图4所示。
实施例2：
如图2所示，本发明实施例提供的智能交通信号控制方法包括以下步骤：
获取交通路口的图像信息；
对所述图像信息进行整合；
对整合后的图像信息进行分析和处理，获取各交通路口的车流量；具体的，采用光流法、三帧差分法和背景差分法对整合后的图像信息进行分析和处理，获取各交通路口的车流量；
设定每个方向的最短交通时间参数和最长交通时间参数；
比较当前车道的车流量与该车道最短交通时间参数内的平均车流量的大小；
根据所述车流量对相应的交通信号灯进行控制及切换，具体包括：
若所述当前车道的车流量大于或等于所述该车道最短交通时间参数内的平均车流量，确定交通状态处于高峰状态，则将当前车道所对应的交通信号灯切换成绿色；
若所述当前车道的车流量连续3次以上小于所述该车道最短交通时间参数内的平均车流量，确定交通状态处于低谷状态，则将当前车道所对应的交通信号灯切换成红色；
若当前车道的交通状态持续处于高峰状态，并且计时大于所述最长交通时间参数，则将当前车道所对应的交通信号灯切换成红色。
通常十字路口的交通分四种相位：由南向北直行、由北向南直行；由南向北左转、由北向南左转；由东向西直行、由西向东直行；由东向西左转、由西向东左转；
为了便于说明问题，以某路口南北方向直行为例。
设由南向北直行检测摄像机检测的数据为：F11(t)＝{1(1),2(2),3(3),2(4),2(5),2(6),2(7),3(8),2(9),2(10),2(11),2(12),3(13),2(14),2(15),2(16),2(17),2(18),1(19),0(20),1(21),0(22),0(23)...}；
由北向南直行检测摄像机检测的数据设为：F12(t)＝{0(1),2(2),2(3),2(4),3(5),2(6),2(7),3(8),2(9),2(10),2(11),2(12),3(13),2(14),1(15),0(16),0(17),1(18),0(19),0(20),1(21),0(22),0(23),…}；
根据路口大小可选择每方向最短交通时间参数t1(一般选行人步行通过马路的时间秒数)，比如16s；最长交通时间参数t2，比如选80s。
在n大于t1时，比较F11(n)与[F11(1)+F11(2)+…+F11(t1)]/t1大小，其中n为第n秒，F11(n)就是由南向北第n秒的车流量。
如果F11(n)>＝[F11(1)+F11(2)+…+F11(t1)]/t1可以说明由南向北交通状态处于高峰状态；如果连续3次以上出现F11(n)<[F11(1)+F11(2)+…+F11(t1)]/t1，可以说明由南向北交通状态处于低谷状态；在红色信号灯情况下，F11(t)一般等于0，由南向北交通状态处于阻塞状态。
如图3所示，在红色信号灯情况下，由南向北交通状态处于阻塞状态；当切换为绿色信号灯时，第1s-第26s内处于高峰状态，即保持当前由南向北直行的绿色信号灯，在第26s以后处于低谷状态，即可以将当前的绿色信号交灯切换为红色信号灯。
由北向南直行的交通状态与此类似，当由南向北直行和由北向南直行同时处于低谷状态，即可切换南北直行方向交通信号灯为红色，南北左转方向交通信号灯为绿色；如果由南向北直行和由北向南直行有一种处于高峰则保持当前南北直行的绿色信号灯；如果南北直行持续高峰状态并且计时大于t2，则切换南北直行为红色信号灯，南北左转为绿色信号灯。
采用相同原理，四种交通相位轮流转换，就实现了普通十字路口的智能交通信号控制。每个路口都采用智能交通信号控制系统和方法，由局部优化达到整体优化，城市交通自然就实现了智能交通。
实施例3：
本发明提供的智能交通信号控制系统可以分为固定通行时间、遥控模式和智能交通模式三种常用模式。固定通行时间模式适用于正常无拥堵路况情况下的交通路口；遥控模式适用于长距离单侧路拥堵路情况下交通路口；智能交通模式适用于短距离拥堵和长时间无车辆行驶路况下交通路口。根据各种模式下信号灯的控制即可以实现道路交通路口信号灯的智能控制。
实施例4：
本发明实施例提供的智能交通信号控制系统在进行图像分析和处理时，可以得到特定区域车辆的数量、速度、车型大小等路况信息，根据这些信息可以对数据进行挖掘，进而可以挖掘海量交通数据中隐含的交通模式；可以利用神经网络进行短时交通流量预测，以及道路交通状态的分类；可以使用基于模糊逻辑的道路拥堵评价方法评价道路交通状况；还可以利用数据挖掘技术进行交通事件分析等应用。
例如：通过本发明所提供的智能交通信号控制系统不仅可以记录过往车辆的视频，还能抓拍车辆的照片并提取车辆的车牌号、车型、车速等信息。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种智能交通信号控制系统，其特征在于，包括：
采集模块，用于采集交通路口的图像信息；
整合模块，与所述采集模块连接，用于整合所述图像信息；
数据处理模块，与所述整合模块连接，用于对整合后的图像信息进行分析和处理，获取各交通路口的车流量；所述数据处理模块还包括：
阈值设定模块，用于设定每个方向的最短交通时间参数和最长交通时间参数；
比较模块，与所述阈值设定模块连接，用于比较当前车道的车流量与该车道最短交通时间参数内的平均车流量的大小；
控制模块，与所述数据处理模块连接，根据所述车流量对相应的交通信号灯进行控制及切换；
若所述当前车道的车流量大于或等于所述该车道最短交通时间参数内的平均车流量，确定交通状态处于高峰状态，则将当前车道所对应的交通信号灯切换成绿色；
若所述当前车道的车流量连续3次以上小于所述该车道最短交通时间参数内的平均车流量，确定交通状态处于低谷状态，则将当前车道所对应的交通信号灯切换成红色；其中，根据路口大小选择每方向最短交通时间参数t1，在n大于t1时，比较F11(n)与[F11(1)+F11(2)+…+F11(t1)]/t1大小，其中n为第n秒，F11(n)为当前方向第n秒的车流量；如果F11(n)>=[F11(1)+F11(2)+…+F11(t1)]/t1说明当前方向交通状态处于高峰状态；如果连续3次以上出现F11(n)<[F11(1)+F11(2)+…+F11(t1)]/t1，说明当前方向交通状态处于低谷状态；
若当前车道的交通状态持续处于高峰状态，并且计时大于所述最长交通时间参数，则将当前车道所对应的交通信号灯切换成红色。
2.根据权利要求1所述的智能交通信号控制系统，其特征在于，所述采集模块包括若干个高清摄像机。
3.根据权利要求1所述的智能交通信号控制系统，其特征在于，所述整合模块包括具有若干个端口的交换机。
4.根据权利要求1所述的智能交通信号控制系统，其特征在于，所述数据处理模块采用光流法、三帧差分法和背景差分法对整合后的图像信息进行分析和处理，获取各交通路口的车流量。
5.基于权利要求1-4任意一项所述的智能交通信号控制系统实现的智能交通信号控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取交通路口的图像信息；
对所述图像信息进行整合；
对整合后的图像信息进行分析和处理，获取各交通路口的车流量；
设定每个方向的最短交通时间参数和最长交通时间参数；
比较当前车道的车流量与该车道最短交通时间参数内的平均车流量的大小；
根据所述车流量对相应的交通信号灯进行控制及切换；
若所述当前车道的车流量大于或等于所述该车道最短交通时间参数内的平均车流量，确定交通状态处于高峰状态，则将当前车道所对应的交通信号灯切换成绿色；
若所述当前车道的车流量连续3次以上小于所述该车道最短交通时间参数内的平均车流量，确定交通状态处于低谷状态，则将当前车道所对应的交通信号灯切换成红色；其中，根据路口大小选择每方向最短交通时间参数t1，在n大于t1时，比较F11(n)与[F11(1)+F11(2)+…+F11(t1)]/t1大小，其中n为第n秒，F11(n)为当前方向第n秒的车流量；如果F11(n)>=[F11(1)+F11(2)+…+F11(t1)]/t1说明当前方向交通状态处于高峰状态；如果连续3次以上出现F11(n)<[F11(1)+F11(2)+…+F11(t1)]/t1，说明当前方向交通状态处于低谷状态；
若当前车道的交通状态持续处于高峰状态，并且计时大于所述最长交通时间参数，则将当前车道所对应的交通信号灯切换成红色。
6.根据权利要求5所述的智能交通信号控制方法，其特征在于，
采用光流法、三帧差分法和背景差分法对整合后的图像信息进行分析和处理，获取各交通路口的车流量。
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Application publication date: 20201103

Assignee: Shanxi Jiahui Technology Electronics Co.,Ltd.

Assignor: Wang Qunli

Contract record no.: X2022140000006

Denomination of invention: An intelligent traffic signal control system and method

Granted publication date: 20210806

License type: Common License

Record date: 20220601